[发明专利]高流动性石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子纳米复合材料技术应用领域，尤其涉及一种高流动性石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法。复合材料由以下组分构成：聚苯乙烯、导电材料、增韧剂、抗氧剂、流动改性剂、偶联剂、其它助剂。这种高流动性石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法提供了一种用于提高加工性能和导电性能的聚苯乙烯复合材料，结合“中度氧化”和“液相剥离技术”在溶液中原位制备充分剥离、均匀分散的石墨烯纳米片，生产工艺简便易实施，具有安全环保、且生产成本低的效果。

技术领域

本发明涉及一种聚苯乙烯复合材料，尤其涉及一种用于提高加工性能和导电性能的高流动性石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法，属于高分子纳米复合材料技术应用领域。

背景技术

聚苯乙烯（PS）作为五大通用树脂之一，随着科技的发展和社会的不断进步，其需求量也在不断地提高；而传统的应用领域已经趋近饱和，故此聚苯乙烯通过改性技术，极大的扩大了其应用范围，导电聚苯乙烯也随之异军突起。

传统导电聚苯乙烯通过加入高填充量的传统导电填料以及一系列较为复杂的工艺程序来获得较低的电阻，传统导电填料包括导电炭黑、导电石墨和碳纤维等。由于高填充量的导电材料，导致了其自身力学性能差，流动性差，加工难度高等一系列生产问题，增加了生产商的成本，致使其利润降低，不利于该材料的继续发展。

石墨烯的出现完美地解决了传统导电填料所带来的问题。石墨烯本身具有优异的力学性能、电学性能和自身结构。高流动性石墨烯改性导电聚苯乙烯，即利用石墨烯自身超高的电学性能，代替传统导电填料，在达到相同导电性能的同时，降低碳的添加量，避免碳含量过高造成的材料力学方面的缺陷；同时配合其他助剂，在具有高导电性能的同时，增加其流动性，降低加工难度，扩大其在注塑领域的应用范围。两者相结合，从而弥补了传统导电填料所带来的不足之处。

吉林大学的李俊锋等人公开了一种利用废弃聚苯乙烯制备核壳结构导电聚苯乙烯粒子的方法（中国发明专利公开号CN109280285A），所采用的技术方案是：首先取一定比例的苯或卤代烃与醇类搅拌混合形成混合溶液；然后将到导电材料分散在该混合溶液中；之后加入聚苯乙烯粒子，加入过量无水乙醇或甲醇，过滤干燥后即可得到外壳含有导电材料的聚苯乙烯粒子。但是，该技术路径存在较为明显的缺陷：废弃塑料无法保证原材料的质量，因此对最终产品的质量有极大影响，良品率堪忧；良品率低在很大程度上增加了生产成本，故此不适合批量生产；制备过程中所用到的苯或卤代烃等试剂对人体和环境都有着不同程度的负面影响，增加了环保压力和制备过程的危险系数；该技术得到的是核壳结构的导电粒子，真正导电的是外面的壳，中心部位的聚苯乙烯依旧没有导电性，这会增加应用的局限性；核壳结构中的核与壳是两种不同的材料，两种材料的力学性能不同，有可能产生外表完整，但内部材料已经断裂的现象，或者内部材料完好单外表结构遭到破坏而丧失导电性，对最终产品的质量产生影响；该技术制备过程中所添加的导电材料是导电炭黑、石墨和碳纳米管等材料，同其他改性导电塑料没有太大区别，因此对塑料粒子流动性的提升有待证实。

中国科学院化学研究所的欧玉春等人公开了一直聚苯乙烯/石墨导电复合材料及其制备方法（中国发明专利公开号CN1166732C），他们将石墨浸泡在强硫酸和强硝酸的混合溶液中10-24小时，然后通过马弗炉在900-1100℃进行加热，得到膨胀石墨；然后将得到的膨胀石墨与聚苯乙烯进行搅拌，放置10-24小时；最后加入到含有引发剂、悬浮剂和水的反应器中，在60-100℃和氮气的保护下开始6-10小时的聚合反应，得到聚苯乙烯/石墨导电复合材料。该方法存在的不足是，强硝酸和强硫酸对石墨的结构会造成破坏，从而影响最终材料的导电性；制备过程中工艺复杂，不适合工业大规模生产；制备时间过长，增加制备的成本，更加适合应用于实验室的实验，而非要求效率的工业生产中。

在现有技术的缺点：

目前制备导电改性聚苯乙烯的过程中，通过降低导电材料的填充量以增加聚苯乙烯粒子的流动性，因为导电材料的填充量变小，导致导电性能差，应用范围小。